IGCC系统高温合成气中碱金属凝结特性的试验研究

论文摘要

整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）是洁净煤发电新技术的发展方向之一。但燃煤释放出的碱金属蒸气易形成污垢,而且会引起燃气轮机叶片的高温腐蚀。因此有规定,高温燃气轮机入口烟气中碱金属蒸气浓度一般不能超过0.024×10-6,但实际中却往往比许可值高出一至几个数量级。研究IGCC系统高温合成气中碱金属的凝结特性对整体煤气化联合循环发电技术的发展起到相当重要的促进作用。本文建立了IGCC系统高温合成气中碱金属凝结特性试验台,自行设计搭建了可拆卸式换热器,并利用建成的试验台进行IGCC合成气的碱金属凝结特性试验,获得合成气成分和碱金属化合物成分对凝结过程的影响规律,并通过XRD和SEM分析了碱金属凝结体的成分和凝结形态,同时也对碱金属凝结机理进行了初步探索。研究了合成气成分,不同的碱金属盐种类对碱金属蒸气凝结特性的影响。得出以下结论:在还原性气氛下碱金属蒸气的凝结温度在620-655℃之间,水蒸气对碱金属蒸气的凝结温度影响不大。随着CO浓度的增加,碱金属蒸气的凝结温度降低;相同的CO浓度下,相同的Na+、K+比,碱金属盐为氯盐和硫酸盐时的凝结温度要比碱金属盐仅为氯盐时的低;而在相同的碱金属盐时,Na+、K+比大时凝结温度高。SEM结果显示,在还原性气氛下,碱金属凝结物表面并无规则形貌存在,晶态和非晶态以复杂的形态存在;XRD测试结果表明碱金属蒸气的析出晶体主要为氯盐,NaCl为主要成分。得出辐射式废热锅炉的适宜出口温度在600℃以下。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 洁净煤技术
• 1.2.1 洁净煤燃烧技术
• 1.2.2 我国发展IGCC的必要性与前景
• 1.2.3 IGCC关键技术及设备
• 1.2.4 废热锅炉简介
• 1.3 IGCC系统中碱金属的问题
• 1.4 碱金属蒸气凝结特性
• 1.4.1 煤中碱金属的存在形式
• 1.4.2 碱金属的释放
• 1.4.3 释放后碱金属在炉内的反应
• 1.4.4 碱金属盐的特性
• 1.4.5 国内外研究现状
• 1.5 课题研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 试验系统及试验方法
• 2.1 试验系统和试验方法
• 2.2 配气系统
• 2.3 加热系统
• 2.4 温控系统
• 2.5 换热系统
• 2.5.1 管壳式换热器简介
• 2.5.2 管壳式换热器设计
• 2.6 冷却系统
• 2.7 本章小结
• 第3章 碱金属蒸气凝结特性的试验研究
• 3.1 样品的选取和制备
• 3.1.1 样品选取依据
• 3.1.2 兖矿气化灰渣离子色谱分析
• 3.1.3 样品的制备
• 3.2 试验过程及工况安排
• 3.2.1 试验工况
• 3.2.2 试验步骤
• 3.3 分析测试手段
• 3.3.1 SEM分析
• 3.3.2 XRD分析
• 3.4 试验结果及分析
• 3.4.1 管壁面碱金属凝结温度的确定
• 3.4.2 碱金属凝结温度的试验结果
• 3.4.3 分析测试结果
• 3.4.4 空气状态与还原状态下碱金属凝结特性对比分析
• 3.4.5 合成气组分浓度与碱金属凝结特性的关系
• 3.4.6 碱金属成分与凝结特性的关系
• 3.4.7 试验结果对废热锅炉设计的指导
• 3.5 碱金属凝结机理初步探索
• 3.6 对试验的意见和建议
• 3.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢